Planejamento: Efeito Fotoelétrico

Este planejamento permite a inserção da Física Moderna no ensino médio de modo que os alunos possam visualizar o fenômeno bem como associá-lo a fatos do seu cotidiano como, por exemplo, o acender das luzes de postes de iluminação pública. Questões como esta motivam os alunos ao estudo do conceito envolvido, prendendo sua atenção na aula. É claro que o professor temm o importante papel de orientar os alunos para que eles possam construir o conhecimento.

O planejamento usa uma simulação do efeito fotoelétrico e vídeos, um dos quais traz a história da construção do conhecimentoomo, como recursos instrucionais. É interessante utilizar a simulação para ensinar o efeito fotoelétrico, porque se trata de um conceito microscópico e abstrato, visto que envolve a dualidade onda-partícula e isto não é visível no cotidiano.

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Planejamento: Dilatação Térmica

A Física tem sido taxada como "bicho de sete cabeças" desde muito tempo, devido à prática tradicional de muito professores que mostram a Física apenas através de fórmula. Assim, procura-se implementar aulas que sejam motivadoras para os alunos e que acabem com esse mito, cativando novos seguidores para a Física.

Temos aqui um  planejamento que visa proporcionar uma aula inovadora onde os alunos possam ter contato com a Física experimento de modo que possam compreender o processo de construção do conhecimento. Este planejamento não é uma receita fechada. O professor que desejar utilizá-lo pode modificá-lo para que fique adequado às características e necessidades de sua turma.

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Portas que abrem sozinhas: Efeito Fotoelétrico

Efeito Fotoelétrico no Ensino Médio

O efeito fotoelétrico é fenômeno cujo experimento é de alto custo e os resultados e conclusões obtidas são indiretos, ou seja, você não vê propriamente o elétron sendo emitido. Assim, pode-se utilizar simulações de modo que os alunos possam visualizar o fenômeno, possibilitando melhor compreensão sobre o mesmo. Uma simulação do efeito fotoelétrico pode ser encontrada no site do projeto PhET. Para complementar a aula e motivar seu aprendizado, o professor pode utilizar exemplos de aplicações do efeito fotoelétrico.

Efeito Fotoelétrico no Cotidiano

Portas que se abrem sozinhas?

Já se perguntou como ocorre o funcionamento das portas de shoppings que se abrem sozinhas? Como um sistema de iluminação pode acender e apagar sozinho? Ou mesmo como sistemas de alarme ligam e desligam automaticamente? Perguntas como essas são respondidas e explicadas através do efeito fotoelétrico. Mas o que vem a ser efeito fotoelétrico?

Efeito Fotoelétrico é a emissão de elétrons de um material, geralmente metálico, quando ele é submetido à radiação eletromagnética. Ela tem larga aplicação no cotidiano como, por exemplo, a contagem do número de pessoas que passam por um determinado local, como também na aplicação dos exemplos dados anteriormente. A aplicação desse efeito acontece através das células fotoelétricas ou fotocélulas, as quais podem ser de vários tipos como, por exemplo, a célula fotoemissiva e a célula fotocondutiva.

Mas o que vem a ser célula fotoelétrica? São dispositivos que têm a capacidade de transformar energia luminosa, seja ela proveniente do Sol ou de qualquer outra fonte, em energia elétrica. Essa célula pode funcionar como geradora de energia elétrica ou mesmo como sensor capaz de medir a intensidade luminosa, como nos casos das portas de shoppings.

Existem vários tipos de células fotoelétricas, dentre as quais podemos citar algumas que têm larga utilização atualmente, como: Silício Cristalino, Silício Amorfo, CIGS, Arseneto de Gálio e Telureto de Cádmio. Essas células são aplicadas tanto em painéis solares como também em monitores de LCD e de plasma.

Uso de simulações para o ensino de Física

Hoje há uma grande procura por inovações na metodologia para se ensinar Física. Estas inovações metodológicas visam melhorar o processo de ensino-aprendizagem, de modo que a compreensão de conceitos, leis e teorias seja mais clara. Uma inovação está na utilização de simulações. No entanto, essas simulações devem ser usadas quando não houver experimento, ou seja, a simulação cabe onde os experimentos não podem ser realizados como, por exemplo, a demonstração do efeito fotoelétrico e muitos outros dentro da Física Moderna. Contudo, se o conceito a ser ensinado possui experimentos que podem ser construidos e manipulados pelos alunos, é preferível sua utilização. Se sua aula é sobre dilatação térmica, por exemplo, há muitos experimento, de baixo custo inclusive, que podem ser usados para facilitar a compreensão do fenômeno. A utilização destes experimentos é muitos mais interessante do que uma simulação.
A utilização de meios tecnológicos, como a simulação, é uma forma de motivar os alunos a aprenderem o conceito envolvido neles, além de possibilitar a visualização de fenômenos microscópicos.

Algumas simulações podem ser encontradas no site Pion: Ligado na Física, da Sociedade Brasileira de Física.

Efeito Doppler

O Efeito Doppler é uma característica observada nas ondas quando emitidas ou refletidas por um objeto que está em movimento com relação ao observador. Foi-lhe atribuído este nome em homenagem a Johann Christian Andreas Doppler, que o descreveu teoricamente pela primeira vez em 1842. A primeira comprovaçao foi obtida pelo cientista alemão Christoph B. Ballot, em 1845, numa experiência com ondas sonoras.

Em ondas eletromagnéticas, este mesmo fenômeno foi descoberto de maneira independente, em 1848, pelo francês Hippolyte Fizeau. Por este motivo, o efeito Doppler também é chamado efeito Doppler-Fizeau.

Ondas emitidas por objetos estáticos se propagam em todas as direções de maneira uniforme. Seu comprimento de onda é λ=2π/β, sendo β uma constante que define o meio pelo qual a onda de propaga, chamada constante de fase. A velocidade de fase da onda é dada por Vf=λf, logo λ=Vf/f. Quando um objeto está em movimento, as ondas emitidas estão em pontos diferentes ao longo da trajetória. Isto implica que cada onda emitida está mais próxima da onda anteriormente emitida, logo seu comprimento de onda tem um valor diferente, dependendo do ponto onde se observe a onda. O comprimento de onda observado é maior ou menor conforme sua fonte se afaste ou se aproxime do observador. Se o comprimento de onda variar, a sua freqüência varia também.

Você pode ver a simulação do efeito Doppler no site de Walter Fendt.

Applets no ensino de Física

A utilização de applets para ensinar Física é uma boa opção quando não se tem acesso aos experimentos relacionados a um dado fenômeno ou quando este não pode ser visualizado diretamente. Uma busca na internet irá mostrar o grande número de applets disponíveis na rede. Alguns deles exigem que o computador tenha recursos como flash player ou java.
A maioria dos applets encontrados está relacionado à mecânica, mas é possível encontrar applets que abordam os diversos temas da Física Clássica, Moderna e Cotemporânea.

No site de Walter Fendt é possível encontrar é possível encontrar alguns destes applets.

Por que sal no gelo esfria a cerveja mais rápido?

Porque, em contato com a água, o sal tende a se dissolver – mesmo se a água estiver em sua forma sólida. E essa dissolução é um processo endotérmico, ou seja, exige uma quantidade de energia para se concretizar. Em contato direto com o gelo, o sal não tem outra opção: puxa calor das pedras, que ficam ainda mais frias.

A temperatura da mistura pode chegar a -18 0C. E, em 5 minutos, seu isopor será capaz de fazer por sua latinha de cerveja o que o freezer faria em 15 (veja a comparação no gráfico abaixo).

Essa mistura é chamada de frigorífica: quando o resultado final tem uma temperatura menor do que os seus componentes tinham isoladamente. A experiência também funciona com açúcar ou qualquer substância que seja solúvel em água. Se você tem pressa, triture as pedras. “Quanto maior for a superfície de contato do gelo, mais rápido é o resfriamento”, explica Valdir Bindilatti, professor do Instituto de Física da USP.